CFG桩参数设计（共10篇）
CFG桩参数设计 篇1
CFG桩是近年来运用很广泛的桩, 它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的, 和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。用各种成桩机械制成的可变强度桩, 称之为水泥粉煤灰碎石桩 (cem e nt flyas h graval pile简称CFG桩) , 桩体强度等级为C5-C15。CFG桩是黏结强度桩, 桩体强度高, 弹性模量也很大, 因而它可以在复合地基中充当很好的增强体。总之, CFG桩复合地基具有较高的承载能力、造价低廉、施工速度快和质量容易控制的特性, 现广泛用于处理粘性土、粉土、砂土和已固结的素填土等地基。在工程的运用过程中, 需要对CFG复合地基设计参数进行控制, 并对其的作用机理有一个明确的了解。
1 设计参数
1.1 桩径
CFG桩常采用沉管法进行施工, 它的桩径d应根据桩管的大小而定, 常用的振动沉管打桩机管径为φ377mm, 所以一般桩径取350～600mm。
1.2 桩距
桩距对地基承载力的影响很大, 桩距小可以提高承载力。下面情况可以适当的选取桩距。 (1) 对挤密性好的土, 如砂土、松散土、粉土等, 桩距可以适当的小点。 (2) 对单双排布桩的条形基础和面积不大的独立基础, 桩距可以适当的小点。反之, 满堂布置的箱形基础、筏形基础以及多排布桩的条形基础等, 桩距可以适当的大点。 (3) 地下水位高、地下水丰富的建筑场地, 桩距应该适当的放大些。
1.3 桩长
桩长的设计要能够满足地基承载力要求, 现在科技发达, 可以利用一些先进的软件来进行桩长的试算, 比如说里正软件。但要特别注意, 当桩端有软弱层时, 即使它能满足承载力要求, 桩长也要穿过软弱层去。
1.4 褥垫层
褥垫层材料一般选用粗砂、中砂、级配碎石等, 厚度一般在150～300mm, 但是当桩距和桩径较大时, 褥垫层的厚度可以适当的填高一些。
1.5 桩体强度CFG桩体强度一般按下时进行计算:
(1) CFG桩单桩承载力
单桩承载力标准值。可采用类似于摩擦端承载力计算公式:
式中:U——桩周长 (m)
I———局部冲刷线以下有效长度 (m)
A———桩底面积 (m 2)
Tp———桩壁土平均极限摩阻力 (kPa)
σR———桩尖处土的极限承载力 (kPa)
(2) CFG桩复合地基的承栽力
CFG桩复合地基承载力的大小取决于桩土的置换率、上部土层和桩尖持力层的物理力学指标等因素。采用下列公式计算CFG桩复合地基的承载力标准值:
式中:fspk———复合地基承载力特征值 (kpa) ;
M———面积置换率:
Ra———单桩竖向承载力特征值 (kN) ;
Ap———桩的截面积 (m) ;
B———桩间土承载力折减系数, 宜按地区经验取值, 如无经验时可取0.75～0.95, 天然地基承载力较高时取大值;
fs k——桩间土承载力特征值 (kPa) , 宜按当地经验取值, 如无经验时, 可取天然地基承载力特征值。
1.6 桩的布置桩的布置
桩的布置形式有正方形、矩形、等腰三角形、放射形等, 我们要根据场地的情况采用合适的桩型布置形式。
2 CFG桩的加固机理
CFG桩复合地基的加固机理主要可概括为以下六种:置换作用、排水作用、挤密作用、褥垫层作用、桩体作用和加筋作用。
2.1 置换作用
CFG桩复合地基就桩体和桩间土的材料特性而言, CFG桩泊松比要比原天然土的泊松比小, 而桩体的强大和弹性模量又远远大于CFG桩间土, 一般情况下CFG桩承担的荷载远大于桩间土, 可见为了提高复合地基承载力可以采取置换的措施。复合地基置换作用的大小, 主要取决于组成桩体的材料, 高粘结强度桩的置换作用较大, 而且加大桩长可使复合地基置换作用显著的得到提高。这是CFG桩和一般碎石桩的区别。所以说可以在其他条件不能增强增强承载力的情况下, 加大桩长。
2.2 排水作用
CFG桩桩体材料的渗透性与混合料中粉煤灰和水泥的用量有关, 经大量的实验测试, CFG桩桩体的渗透系数一般在10-3～10-1cm/s范围内, 而桩间土的自然土层的渗透系数一般在10-6～10-4cm/s, 可见状体的透水性远比桩间土的大, CFG桩在处理饱和粉土和砂土地基的施工时, 由于沉管和拔管的震动作用, 会使土体内产生较大的超静孔隙水压力。刚刚施工完的CFG桩将是一个良好的排水通道。孔隙水沿着刚完工的桩体向上排出, 直至CFG桩体结硬为止。所以说CFG桩复合地基在成桩初期, 桩体实际上已构成了固结排水通道, 加速了桩周土的固结过程, 桩体的排水作用效果非常明显。
2.3 挤密作用
CFG桩在施工过程中, 由于沉管的震动作用, 将会对桩间土产生扰动和挤密。特别是对高灵敏度土, 会使其结构强度降低。CFG桩既可用于挤密效果差的土, 又可用于挤密效果好的土。当用于挤密效果好的土时, 承载力的提高具有挤密和置换双重作用;当用于挤密效果差的土时, 承载力的提高只有置换一种作用。经过对CFG桩复合地基加固前后桩间土的物理力学性质指标的试验研究分析表明, 桩间土的物理力学性质得到了较大提高, 一般含水量降低14%～19%, 孔隙比降低13%以上, 压缩系数减小11%～52%, 天然容重增加1.03%～2.2%;但是对塑性指数高的饱和软粘土, 成桩时土的挤密作用却是微乎其微的, 几乎等于零, 只有置换作用决定了承载力的提高。与此同时还发现, 在加固区范围内, CFG桩对粘性土或粉土的工程性质改善有较大的效果, 但对于砂类土来说基本上是没有改变的, 振密效果却是比较明显的。
2.4 褥挚层作用
(1) 保证桩、土共同承担荷载
由于桩体的刚性作用和土体的柔性作用, 使得二者不能够同时承担上部路基传递的荷载, 将会产生刺入变形。褥垫层的存在, 可以很好的将荷载传递给二者, 使他们共同承担荷载作用。
(2) 调整桩、土水平荷载的分担
CFG桩复合地基水平荷载作用实验研究表明, 基础承受水平荷载时, 垫层越厚, 桩顶水平位移越小, 即桩顶受的水平荷载越小;垫层越薄, 桩顶水平位移越大, 桩顶受到的水平荷载越大。
(3) 调整桩、土荷载分担比
褥垫层在调整桩、土荷载分担比方面起了巨大的作用。实验表明, 当荷载一定时, 褥垫层越厚, 土承担的荷载越多。当承受的荷载大到一定程度时, 桩就会承担较大的荷载。
2.5 加筋作用
复合地基不但提高地基的承载力, 增强土体作用, 而且可用来提高土体的抗剪强度, 因而可增加土坡的抗滑能力。这种人工复合的土体在增强地基方面给路基带来了很好的稳定作用。
3 结论
本文通过分析CFG桩设计参数、作用机理以及对单桩和复合桩承载力的计算, 我们对CFG桩有了更全面的了解。褥垫层的设置是复合地基的一个核心技术, CFG桩复合地基的很多特性都与它有关。本文介绍了褥垫层的工作机理, 及其合理的厚度。最后对CFG桩体的承载力给出了计算方法, 桩端要穿过软弱层, 保证桩体能够承担足够的承载力。当然了CFG桩不只是用于加固软弱的地基, 对于较好的地基, 若路基上的荷载较大, 天然承载力不是足够, 那么就可以用CFG桩来加强地基。所以说我们在施工中要根据施工规范, 认真的控制CFG施工质量。
参考文献
[1]刘吉福.路堤下复合地基桩土应力比分析.岩石力学与工程学报, 2003, 22 (4) .
[2]刘杰, 张可能.复合地基中垫层作用机理.中南工业大学学报, 2001, 32 (6) :568.672.
CFG桩施工及常见问题 篇2
关键词:CFG桩;复合地基;质量;桩检测
中图分类号:U417文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)08-0017-03
1 CFG复合地基简介
复合地基是指天然地基在地基处理过程中,部分土体得到增强,或被置换,或在天然地基中设置加筋材料,加固区是由基体和增强体两部分组成的人工地基。在荷载作用下,基体和增强体共同承担荷载的作用。
CFG桩(Cement Flyash Gravel Pile)复合地基是复合地基中具有代表性的一种,它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高黏结强度桩,在桩和基础之间设置一定厚度的褥垫层,通过与褥垫层的组合共同承担上部荷载,属于刚性桩复合地基,用其加固粉质黏土、非饱和黏土、饱和软黏土及淤泥质土效果很好。CFG桩复合地基处理技术应用广泛、实用性强,涉及的工程类型有普通工业与民用建筑、多高层建筑以及高速铁路、高速公路路基等。
2 CFG桩复合地基加固机理及特点
2.1 桩体强化
在CFG桩成桩过程中,水泥经水解和水化反应以及与粉煤灰的凝硬反应,生成不溶于水的结晶化合物,并不断延伸充填到碎石的孔隙中,将原来由点-点接触的骨料紧密黏结在一起,使桩体的抗剪强度和变形模量大大提高,远远优于碎石桩。
2.2 褥垫层联合作用
褥垫层作用是复合地基的核心。褥垫层在竖向荷载作用下,压迫桩体,使桩体逐渐向褥垫层中刺入,桩顶部垫层材料在受压缩的同时,向周围发生流动,调整桩、土应力比,调整桩、土水平荷载的分担,使桩间土的承载力得到充分发挥,并且使基底的接触压力得到了均衡和调整,减少基础底面的应力集中,减少基础的剪切破坏,复合地基的承载力大大提高。
2.3 挤密作用
施工过程中,施工对土体的振动或挤压使土体得到了挤密。另外,由于褥垫层的作用,桩间土竖向荷载的增大,进一步提高了桩间土的压密程度。使桩的侧法向应力增大,桩体处于良好的三轴受压状态,并且提高了桩身侧摩阻力,进一步增加了复合地基的承载能力。
通过以上作用,CFG桩拥有承载力大、沉降变形量小、施工简便、适用范围广、节省材料、费用低等特点。
3 CFG桩基施工流程
在设计桩的施打顺序时,主要考虑新打桩对已打桩的影响。施打顺序大体可分为两种类型:
3.1 连续施打
连续施打,施工快捷便利,可能造成桩径被挤扁或缩颈。
3.2 间隔跳打
隔桩跳打,可以隔一根桩,也可以隔多根桩。工程往返路程较多,受桩间土影响,桩位的确定,垂直度的保持都有困难。
因此工序因土性和桩距而定。在饱和土、桩距较小可采用隔桩跳打;在粉土中一般采用连续施打。
4 常遇到的质量问题
某轻轨线路基工程主要位于河流冲积扇末端,地形起伏不大,为满足直线电机线路轨道系统对工后沉降不大于1.5 cm的要求路基采用直径400 mm的CFG桩对基底加固处理。桩间距为沿线路方向2 m,横向1.9 m,对称矩形布置,有效长度10 m,桩体强度设计为C20,区域内设桩4 200根,桩顶设0.5 m厚二灰砂砾褥垫层。
通过对4 200根桩施工经验的总结,发现以下经常发生问题和解决方法:
4.1 堵管
堵管是CFG桩成桩中常遇到的问题,在各阶段施工中都有这类问题发生。它直接影响施工进度,造成材料浪费,增加施工人员的劳动强度。处理不当,会造成断桩等质量问题。砼堵管的常见原因主要有以下几个方面:
4.1.1 砼坍落度控制不当
在CFG桩施工中砼坍落度过小或过大都会造成砼泵送困难和堵管。混凝土的输送阻力随坍落度降低而增大,所以坍落度过小,会使混合料的可泵性明显降低,不易泵送。但坍落度过大会极易在泵送中造成混合料发生泌水或离析,特别在15 m以上的较长距离输送时,极易造成管内骨料与砂浆分离,浆液上浮先流动,粗骨料下沉相互接触,摩擦力加大,流速变缓、淤积,从而堵管。根据工程实践,CFG桩砼的坍落度宜控制在160 mm~200 mm。4.1.2 管道接口处密封不严
管道接缝密封不严就会漏水或漏浆,砼在管道中的输送靠的是泵送压力,而泵送压力靠其中的液相物质传递。从而使砼失水、失浆会使输送阻力增大,导致堵管。
4.1.3 钻头阀门老化
老旧钻头其阀门密封不严,当在施工时,液化的泥砂通过阀门缝隙进入钻头形成砂塞,使砼下落受阻,砼局部流速变缓、淤积,造成堵管,或泥砂进入使得钻头阀门摩擦力过大,而不能打开到正常位置造成堵管。
4.1.4 设备缺陷
弯头是连接钻杆与高强柔性管的重要部件,当泵送混合料时,弯头曲率半径以及弯头与钻杆的连接形式,对混合料的正常输送起着至关重要的作用。若弯头的曲率半径过小和过大,都会发生堵管。因此,应当注意弯头的合理曲率半径和与钻杆的连接方式。推荐使用高强柔性管。
混合料输送管无论是刚性管还是高强柔性管,若施工结束后清洗不彻底,管内会产生混合料结硬块体,造成堵管。
4.2 桩身夹砂、颈缩、憋钻
造成桩身夹砂和憋钻的主要原因是成桩过程中钻机钻速不当。
螺旋钻在钻进过程中钻杆向下钻进速度过快,致使螺旋叶片上的土来不及排出,压挤在钻杆与孔壁之间,致使钻杆停止旋转。
达到指定深度后,提钻时候速度过快,砼输送速度跟不上,钻头没有被砼完全包裹,致使砂土夹裹在桩体内部。
实践表明,拔管速度控制在1.2 m/min～1.5 m/min是最适宜的。应该指出,这里的拔管速度不是指平均速度。除启动后留振5 min～10 min之外,拔管过程中不再留振,也不得反插。
4.3 桩孔偏斜
在成孔过程中,由于土层分布不均,起钻过猛,钻机支撑不牢靠等原因都会造成钻杆晃动、倾斜,直接导致桩体倾斜,垂直度达不到要求,造成质量问题。
因此在施工时,切忌急进。施工前要平整场地。施工时,先将钻机定位准确,支撑稳定,固定牢靠,然后慢速启动钻机,变速均匀。注意观察,当发现钻进困难,钻杆晃动要即时减速,校正垂直度。
4.4 断桩
堵管是断桩的最主要成因,其次桩体材料强度未达到设计值便受过大的扰动也是成因之一。
在现在施工当中往往工期都十分紧张,为了抢工期过早的进行下一步施工;养护期未到各种重型机械就清理残土;不当的交叉施工;违反规章的凿桩头方法等等,都会在不同深度造成断桩。因此施工中要加强监管,严格按照规程施工,合理的安排施工工序。
桩基属隐蔽工程,是工程质量控制的关键,CFG桩成桩施工过程中容易产生堵管、夹砂、颈缩、憋钻、断桩等问题,影响工程质量。为避免上述情况发生,应该加强施工的针对性和适用性,提高作业人员的责任心,严格按照规范施工,提高监管力度,保证施工质量,创造精品。
5 工程检测
5.1 试验检测
5.1.1 桩身完整性检测
本工程CFG桩的检测采用反射波法,反射波法利用波动传播原理,波遇到阻抗界面(桩底、裂缝、缩径、空洞、异物夹杂)将产生反射波,根据接收器接收反射波的时间、数量、强度判定桩体工程质量。检测费用低、快速轻便、准确可靠。工程成桩28d后,检测抽取样本420根,检测比例为10%。代表波形图,见图1。
波形规则,桩底反射清晰,杂波少,所测的420根CFG均属于完整桩或基本完整桩,满足设计要求。
5.1.2 桩基承载力检测
采用静载试验使用静载维荷加载法,采用压重反力和配重组装成压重平台,试点最大试验荷载未设计荷载的2.0倍,压重总重量为最大试验荷载的1.2倍;嘉禾方式为液压千斤顶(高压油泵);加载值由压力传感器、测力仪测读;用两块百分表测读试点的沉降量。试验加载分为8级。抽检样本3根。
检验结果,3根承载力均大于311.6KPa,满足设计要求。
5.2 检测结果
通过反射波法、静载维荷加载法试验证明,CFG桩特征承载力达到设计要求,满足工程型目需要,质量控制方法是正确,行之有效的。
6 总结
CFG桩复合地基是一种较新的地基处理技术。它利用工业废料粉煤灰为材料,充分发挥桩间土的承载力,施工速度快、工期短,比传统的桩基础具有明显的优势。在土有一定承载能力时,为工程设计人员提供了又一个良好的选择。
在施工中只要把握住施工要点:对位准、杆垂直、慢开钻、深度足、稳压浆、缓缓抬,就可以良好的控制施工质量达到设计要求。
参考文献:
[1]孙瑞民.CFG桩常见的质量问题分析[M].北京:工程地球物理学报.2006
CFG Pile Construction and Frequently Asked Questions
Kang Kai
Abstract: The article to the CFG pile’s mechanism,aspects and so on unique feature has carried on the elaboration, and emphatically on quality control and question processing key discussion from multi-analysis CFG pile compound ground technology in ground treatment broad application prospect.
CFG桩复合地基设计 篇3
1 CFG桩设计原理
1.1 CFG桩复合地基设计参数
桩径的确定取决于所采用的成桩设备, 一般设计桩径为35O~600mm;桩间距一般S取 (3~5) d, 桩间距的大小取决于设计要求的复合地基承载力和变形、土性与施工机具;桩体强度满足fcu为:fcu≥3Rk/Ap;褥垫层厚度一般取1O~30cm为宜, 褥垫层材料可用粗砂、中砂、碎石、级配砂石 (最大粒径不大于20mm) 。
1.2 CFG桩布置原则
CFG桩布置原则只布在基础范围以内。对墙下条形基础, 在轴心荷载作用下, 可采用单排、双排或多排布桩, 且桩位宜沿轴线对称。对独立基础、箱形基础、筏基, 基础边缘到桩的中心距一般为一个桩径或基础边缘到桩边缘的最小距离不宜小于150mm, 对条基不宜小于75mm。
1.3 CFG桩复合地基承载力计算
(1) 根据建筑地基处理技术规范JGJ79-2012, 计算单桩承载力特征值;
当采用单桩载荷试验时, 应将单桩竖向极限承载力Rk除以安全系数2;
当无单桩荷载试验资料, 可按下式:
(2) 根据建筑地基处理技术规范JGJ79-2012, 计算复合地基承载力特征值fspk为:
1.4 CFG桩复合地基沉降验算
一般情况CFG桩复合地基沉降由三部分组成。其一为加固深度范围内的压缩变形S1, 其二为下卧层变形S2, 其三为褥垫层变形S3。由于S3数量很小可以忽略不计, 则有S=S1+S2。S1、S2按公式五计算, S2在计算时公式中的Esi用ξEsi代替,
2 工程及土层概况
本工程土层从上至下分别描述如下:
2.1 杂填土:
主要由砖、碎石等建筑垃圾及粘性土组成。
2.2 粉质黏土:
可塑, 中压缩性。全场区分布。fak=160KPa, Es=6.2MPa。桩侧阻力标准值qsik=19KPa。
2.3 粉质黏土:
可塑, 中压缩性。全场区分布。fak=110KPa, Es=4.6MPa。桩侧阻力标准值qsik=11pa。
2.4 粉质黏土:
可塑, 中压缩性fak=130KPa, Es=4.8MPa。全场区分布。桩侧阻力标准值qsik=18Kpa。
3 CFG桩设计
3.1 CFG桩计算数据
计算数据:本工程室内外高差0.45m, 基础顶标高-5.50m, 筏板尺寸为20mx56m, 筏板基础作用在3层粉质黏土上地基承载力标准值fka为110k Pa。CFG桩作用在6层粗砂上, 桩径D=400mm, 桩长21m, 桩距取1.5m, 褥垫层厚度为200mm。桩间土承载力折减系数β取0.95, 单桩承载力发挥系数λ取0.9, 不考虑复合地基承载力深度修正。各层土的压缩模量、桩侧阻力标准值qsik、桩端阻力标准值qpk详见各土层概况。
3.2 CFG桩复合地基承载力计算
(1) 单桩承载力:Ra=up×∑qsi×li+qp×Ap=860KN
(2) CFG桩复合地基承载力:
其中:m=Ap/1.52=0.0557, 满足承载力要求。
(3) 桩身强度计算:fcu≥3Ra/Ap=19.5MPa, CFG桩身混凝土强度选用C25。
(4) 确定褥垫层厚度选取:200mm。
4 基础沉降计算
复合地基压缩量的提高倍数ξ=fspk/fak=440/110=4
修正后土层压缩模量:
基底附加压力:po=430-h×γ0=430- (5.5-0.5) ×18=340KPa
根据Δs’≤0.025∑Δsi’=0.025s’要求, 沉降计算取基底以下24m。沉降计算经验系数ψs=0.31。
满足沉降要求。
CFG桩复合地基设计主要确定桩长、桩径、桩间距, 使处理后的地基满足承载力和沉降要求。
摘要：CFG桩复合地基因承载力提高幅度大、施工简便、造价低等特点, 广泛应用于各项工程。本文结合实际工程介绍一下CFG桩复合地基设计。
关键词：CFG桩复合地基设计参数,CFG桩复合地基承载力和沉降计算,CFG桩布置原则
参考文献
CFG桩参数设计 篇4
关键词：CFG桩；复合地基；工程应用
中图分类号：TU470.3 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）27－0100－02
近年来，随着地基处理技术的发展，复合地基技术在工程中得到了越来越多的广泛应用。特别是CFG桩复合地基是近几年来出现的一种新型的地基加固技术，因其费用低、施工工艺简单、施工速度快和适应性强等优点而得到广泛的推广和应用。其桩体材料采用碎石、砂（石屑）、粉煤灰、水泥等材料加水配合而成，目前常采用螺旋钻机或振动沉管桩机等设备进行成孔。桩体与桩间土及褥垫层三部分构成的承载力较高的CFG桩复合地基。
CFG桩适应于多层建筑、高层建筑的地基处理，处理的地基土包括：杂填土、素填土、新近沉积土、淤泥、淤泥质土及一般承载力较低的黏性土、粉土、砂土、黄土等。对高层建筑除了上述土层外，还包括一些承载力较高，但不能满足上部结构要求的黏性土、粉土、砂土或者用于控制高层建筑与裙房之间的差异沉降（高层与裙房基础不设沉降缝），在高层建筑地基中也常采用CFG桩复合地基。
1 CFG桩复合地基原理
在CFG桩复合地基中，上部结构传来的荷载是由CFG桩体、桩间土和褥垫层共同承担的。褥垫层将上部基础传来的基底压力或水平力通过适当的变形以一定的比例分配给桩及桩间土使二者共同受力，同时桩间土由于桩的挤密作用提高了承载力，而桩又由于周围土体的侧应力的增加而改善了受力性能。下面就CFG桩复合地基中的桩体、桩间土和褥垫层的作用机理进行分析讨论。
1.1 桩的加固作用
1.1.1 对地基土具有一定的挤密作用
对于填土、松散粉细砂、粉土，由于振动沉管CFG桩的振动和侧向挤压作用使桩间土孔隙比减小，含水量降低，土的干密度和内摩擦角有所增加，土的物理力学性能得到改善，从而提高桩间土的承载力。
1.1.2 桩体的排水作用
CFG桩复合地基在成桩初期，因桩孔内和周边充填过滤性较好的粗颗粒填料，在地基中形成了渗透性能良好的人工竖向排水、减压的通道，使孔隙水沿桩体向上排出，可以有效地消散和防止振冲产生的超孔隙水压力的增高，加速地基的排水，这种排水作用不但不会降低桩体强度，而且可以使土体强度恢复并超出原土体天然承载力。
1.1.3 预震效应
CFG桩复合地基成桩过程中，振冲器以一定的振动频率或冲击水平向加速激振土体，使填料和地基土在提高相对密实度的同时获得强烈的预震。提高了砂土抗液化能力。
1.1.4 桩的置换作用
CFG桩中的水泥经水解和水化反应以及与粉煤灰的凝硬反应，生成不溶于水的稳定结晶化合物，它能使桩体的抗剪强度和变形模量大大提高，所以在荷载作用下，CFG桩的压缩性明显比桩间土小，因此，基础传给复合地基的附加应力，随地层的变形逐渐集中到桩体上，出现了应力集中现象。大部分荷载将由桩周和桩端承受，桩间土应力相应减小，于是复合地基的承载力比原有地基承载力有所提高。
1.2 褥垫层的作用
1.2.1 减小和减缓基础底面的应力集中
当桩顶与基础间不设褥垫层，桩顶直接与基础接触的CFG桩对基础的应力集中和钢筋混凝土对承台或桩上基础应力集中现象类似，设计时需要考虑桩对基础的冲切破坏，造成基础尺寸的增加，如果设置一定厚度的褥垫层，由于褥垫层产生应力扩散作用，使基底的应力扩散范围增大，相应应力集中减小。有试验研究表明：当厚度等于零时，桩对基础的冲切相当明显，随着褥垫层厚度的增加CFG桩对基础的冲切逐渐减小，当厚度大于300 nm时应力集中已经很小，设计时不考虑桩对基础的集中应力。
1.2.2 保证CFG桩共同承担荷载
在CFG桩复合地基中，由于基础是通过褥垫层与桩和桩间土进行联系。故当基础承受荷载时先传给褥垫层，通过褥垫层传给桩和桩间土，由于褥垫层的存在，桩可以向上刺入。桩顶上的垫层材料在受压的同时会挤向周围桩间土，以保证在任一荷载下桩和桩间土始终参与工作，桩间土首先承受较多荷载并发生沉降变形。随着桩间土沉降的增大，桩间土会不断地将荷载通过桩侧摩阻力传递给桩。因此，褥垫层能保证桩间土在任意荷载作用下都始终参与工作，并最大限度地发挥其承载力。
当桩顶与基础间不设褥垫层，桩顶直接与基础相接触时，桩与桩间土的变形相同，由于桩的变形模量远大于土的变形模量，受荷载后，绝大部分荷载由桩承担，桩间土承担的荷载很少，随着荷载的增加，桩的沉降增加，此时，桩间土也承担了一定的荷载增量。
基础和桩之间设置一定厚度的褥垫层，在上部荷载作用下，桩间土的抗压强度小于桩的抗压强度，桩顶出现应力集中，由于褥垫层在受压时具有塑性，褥垫层中与桩接触的部分产生压缩量，其他部分也向下移动，压缩桩间土，使其发挥作用。褥垫层的作用就在于使基础传递的荷载通过其塑性调节作用将荷载传到桩间土，达到共同承担荷载的目的。
1.3 桩间土的作用
（1）承担竖向、水平荷载。
（2）对桩具有约束的作用，可以提高桩的承载力。CFG桩复合地基由于桩间土承受荷载，产生的正向压力，增大了桩周的摩阻力；从而桩端处围压增加，桩承受荷载的能力增加。
2 CFG桩基在工程中的应用
CFG桩复合地基设计主要依据场地工程地质条件及复合地基承载力标准值要求，确定桩长、桩径、桩间距、桩体材料强度等有关参数极为重要，试用实体工程作以下阐述：
2.1 工程地质条件
某小区住宅楼18层，基础埋深5.0 m，在勘察深度范围内，地层由上到下可分为：①杂填土：褐黄、褐灰色，以粉土、建筑垃圾为主，层厚0.5～1.5 m，承载力为90 kPa；②粗砂：褐黄色，中密，层厚5.0～6.0 m，承载力为220 kPa；③粉土：褐黄色，稍密，层厚1.5～2.5 m，承载力为160 kPa；④中砂：褐黄色，中密，层厚1.0～2.0 m，承载力为180 kPa；⑤粉质黏土：褐黄色，可塑，层厚8.0～10.0 m。
2.2 地基处理方案
天然地基：基底持力层为②粗砂，满足上部荷载要求，但软弱下卧层③粉土不满足设计要求。桩基采用钻孔灌注桩、预制桩或其他桩型，不考虑天然地基承载力，造成天然地基承载力的浪费，这样造价也很高，最终决定采用CFG桩进行地基处理。
2.3 CFG桩的设计与计算
2.3.1 单桩极限承载力标准值
依据公式
取桩长L＝6.0 m
Quk＝3.14×0.40×（80×1.0＋30×2.0＋60×1.5＋55×1.5）＋800×3.14×0.22＝492 kN
式中：u：桩的周长，m；
n：桩长范围内所划分的土层数；
qsik、qpk：桩周第i层土的侧阻力、桩端端阻力标准值，kPa；
li：第i层土的厚度，m；
Ap：桩的截面面积。
2.3.2 处理后CFG桩复合地基承载力标准值满足设计要求
fspk＝mRa/Ap＋αβ（1－m）fsk＝502 kPa＞320 kPa
式中：fspk：复合地基承载力标准值，kPa；
Ra：单桩极限承载力标准值，kN；
α：桩间土强度提高系数，通常α＝1；
β：桩间土强度发挥系数，取0.8；
m：面积置换率；
fsk：处理后桩间土承载力标准值，kPa。
2.3.3 设计参数的选取
（1）桩径：一般取350～600 mm。本工程选用400 mm单桩极限承载力标准值计算，根据地质情况，选取第⑤层的粉质黏土层作为持力层，按照公式计算单桩承载力标准值为492 kPa。
（2）桩长：由于持力层为⑤粉质黏土，桩端井入持力层不宜小于二倍的桩径。桩长实际是6～8 m。
（3）面积置换率m及桩间距s：由m＝d2/de2＝0.087
式中，d：桩径；
de：影响半径de＝1.33 ；
桩间距一般为3～6倍桩径，根据桩土面积置换率计算桩间距公式如下：
等边三角形布桩：s＝d/1.05
正方形布桩：s＝d/1.13
本工程三角形布桩，桩间距为1.2 m。
（4）桩体强度：
桩顶应力δp＝Ra/Ap＝492/3.14×0.22＝3 917 kN/m2
桩体强度按≥3倍桩顶应力确定，即
R28＞3δp＝3×3 917＝11 751 kPa。
（5）褥垫层：褥垫层虚铺0.23 m，夯实至0.20 m。
2.4 CFG桩的施工
本工程采用长螺旋桩机成桩工艺，待桩检测合格后，进行人工清槽，同时进行桩头剔凿处理。清槽时，严格监控桩顶标高。清土和截桩时，不得造成桩顶以下桩身断裂和扰动桩间土。
3 结束语
（1）通过对CFG桩复合地基基本原理的阐述和论证，得出结论：CFG桩在地基加固方面是一种行之有效的方法。
（2）通过工程实例进行分析，在CFG桩复合地基工程设计中，必须根据工程的地质条件和环境因素来合理选取参数。
（3）CFG桩和桩基相比，可明显节约工程造价，因此是值得推广的好方法，为在软弱地基土建设不同类型的多层工业与民用建筑及水工建筑开创了广阔前景。
参考文献
1 杨军等.CFG桩复合地基在高层建筑地基处理中的应用［M］.北京：中国建筑工业出版社，1998
2 《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）
Basic Principle and Engineering Application of CFG Pile Composite Ground
li pei
Abstract: The principle of CFG pile composite ground is expounded. The actions of CFG composite ground pile, soil near pile and bed cushion are introduced. An engineering example is given to indicate the application and rational parameter selection of this ground in engineering.
CFG桩参数设计 篇5
CFG桩（cement-flyash-gravel pile的缩写），是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成高黏结强度桩，并由桩、桩间土、和褥垫层一起组成复合地基的地基处理方法[1]。CFG桩复合地基不仅可以提高地基的承载力，而且可以有效地减少地基总沉降及差异沉降。
2 CFG桩复合地基的加固机理
CFG桩复合地基加固机理主要是其褥垫层（砂、碎石或级配砂石）将上部基础传来的基底压力通过变形以一定的比例分配给桩及桩间土，使二者共同受力[2]。同时土体由于桩的挤密作用而提高承载力，而桩又由于周围土的侧应力的增加而改善了受力性能，二者共同工作，形成了一个复合地基的受力整体，共同承担上部基础传来的荷载。
3 CFG桩复合地基的特点
CFG桩复合地基桩刚度小、桩间距小、桩身承载力小，常用作建筑物软基础的加固处理，分散布满建筑物基础下，通过褥垫层使桩和桩间土形成一个完整的复合地基，并提高原地基承载力，达到建筑物对地基的承载要求，CFG桩复合地基不是仅利用CFG桩的自身承载能力，而是利用桩与桩间土的摩擦所形成的整体地基来承受上部建筑物的下传力。
CFG桩的粗骨料为碎石；中等粒径骨料为石屑，可以改善桩体级配，增强桩体强度；细骨料为粉煤灰，具有低标号水泥的作用，可使桩体具有明显的后期强度。
CFG桩施工工艺简单、无场地污染、振动影响小，所用材料仅需少量水泥，便于就地取材；节约材料，其受力特性与水泥搅拌桩类似。
4 CFG桩复合地基的适用范围
CFG桩复合地基具有承载力提高幅度大，地基变形小等特点，具有较大的适用范围。就其上部的基础形式来看，CFG桩复合地基适用于条形基础、独立基础、筏形基础、箱形基础等。就其处理的地基土土性而言，CFG桩复合地基适用于处理饱和及非饱和黏性土、粉土、砂土、已自重固结的素填土、淤泥质土及非自重湿陷性黄土地基。
5 工程实例
5.1 工程概况
中科院某科研楼，地上11层，地下1层地下室，结构形式为框架-剪力墙结构，基础形式为梁板筏基，总建筑面积约27800m2。CFG桩设计：桩径400mm,桩长8.5m，桩顶设计标高-6.55m，桩间距1.45m,正方形布桩，面积置换率0.0557，设计总根数1340根，桩顶铺设250mm厚碎石垫层，桩体材料强度，混凝土等级C15，设计要求处理后的复合地基承载力特征值不小于240kPa,单桩竖向承载力特征值不小于3000kPa。
5.2 工程地质条件
CFG桩桩端持力层为第四纪沉积的黏质粉土～粉质黏土(5)层，平均层厚度6.5m，桩的极限端阻力标准值为450kPa。建筑基础底面以下各层土的特性描述如表1。
5.3 CFG桩复合地基设计
CFG桩常采用振动沉管法施工，桩径宜取350mm～600mm，桩距的选用需要考虑复合地基承载力、土性、施工工艺等确定。宜取3倍～5倍桩径。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）[1]相关规定，计算如下：
1)桩周长up=πd=3.14×0.4=1.256m
2)桩截面面积：Ap=πr2=3.14×0.22=1.256m2
3)单桩竖向承载力特征值
考虑到钻孔地层的变化，设计时，单桩承载力特征值取300.00kN。
4）桩身混凝土强度计算
实际取C15混凝土强度满足要求。
5）桩土面积置换率m（正方形布桩）：d=0.4m,de=1.13s=
m=d2/de2=0.42/1.642=0.059
CFG桩复合地基承载力特征值fspk：其中β取0.75。1.13×1.45=1.64m
6)变形计算
CFG桩复合地基的变形计算应按照《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》（DBJ11-501—2009）[3]相关规定计算：
式中,s为地基最终沉降量；Sc为按分层总和法计算的地基沉降量；ψs沉降计算经验系数；n为地基计算深度范围内划分的土层数；P0为相应于荷载效应准永久组合的基础底面处的附加压力值；zi、zi-1为基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离；αi、αi-1为基础底面计算点到第i层土、第i-1层土底面范围内的平均附加应力系数；Esi为第i层土的压缩模量，对于复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ξ倍；fak为基础底面下天然地基承载力特征值。
经JCCAD程序计算，CFG桩加固处理后，在附加应力作用下，建筑物沉降量最大值为28mm，建筑物倾斜<2‰，满足规范要求。
7）褥垫层设计
基础下是否设置褥垫层对地基的承载能力有很大的影响，若不设置褥垫层，复合地基和普通的桩基础相似，桩间土的承载能力难以发挥，不能称作复合地基。基础下只有设置了褥垫层，桩间土承载能力才能发挥出其潜在的作用。褥垫层在荷载作用下，产生垂直、水平两个方向的挤压、互补作用，从而促使在受荷过程中，桩间土与基础底面保持紧密接触。
褥垫层保证CFG桩与土共同承担荷载，是CFG桩形成复合地基的重要条件。通过改变褥垫层厚度，调整桩垂直荷载的分担，一般情况下褥垫层越薄，CFG承担的荷载比越大，反之则越低[4]。褥垫层厚度宜取150mm～300mm，当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值。本工程根据建筑物荷载和基底土特性，确定褥垫层厚度为250mm，材料采用粒径5mm～15mm的碎石，褥垫层铺设范围大于基础边线300mm。
5.4 施工工艺
CFG桩一般采用振动沉管灌注成桩、长螺旋钻孔灌注成桩、长螺旋钻孔管内泵送混合料灌注成桩等几种施工工艺。
1）放线:施工前根据放出的轴线，四周交点用钢钎打人地下，按照桩位布置图统一进行测放桩位线，桩位中心点用钎子插入地下，并用白灰明示，桩位偏差小于2cm。
2）钻机就位：钻机就位后，应使钻杆垂直对准桩位中心，确保CFG桩垂直度容许偏差不大于1%。每根桩施工前现场工程技术人员进行桩位对中及垂直度检查。满足要求后，方可开钻。
3）钻进成孔：钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触地时，启动马达钻进，先慢后快，同时检查钻孔的偏差并及时纠正。在成孔过程中发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，防止桩孔偏斜、位移和钻具损坏。根据钻机塔身上的进尺标记，成孔到达设计标高时，停止钻进。
4）混合料搅拌：混合料搅拌必须进行集中拌和，按照配合比进行配料，每盘料搅拌时间按照普通混凝土的搅拌时间进行控制。一般控制在90s～120s，具体搅拌时间根据实验确定。混合料出厂时塌落度控制在180mm～200mm。
5）灌注及拔管：钻孔至设计标高后，停止钻进，提拔钻杆200mm～300mm后开始泵送混合料灌注，每根桩的投料量应不小于设计灌注量。钻杆芯管充满混合料后开始拔管，并保证连续拔管。施工桩顶高程宜高出设计高程300mm～500mm，灌注成桩完成后，桩顶盖土封顶进行养护。
6）凿桩头：将桩顶设计标高以上桩头截断，凿桩头采用人工截桩方法。先用无齿锯在有效桩顶标高处切深20mm左右的圆环，再用两根钢钎相对同时敲击断桩。有效桩顶标高以上所剩余的部分，应用人工剔凿平整至桩顶标高[5]。
7）褥垫层铺设：碎石褥垫层采用人工铺设，先虚铺300mm厚的碎石，铺设完毕后用平板振捣器震动密实，褥垫层压实系数不小于0.97。
5.5 CFG桩复合地基检测
5.5.1 低应变动力检测
为检测CFG桩复合地基的加固效果和施工质量，在桩体强度满足荷载试验条件时，进行了低应变动力检测。检测桩数为总桩数的10%，共134根。由低应变动测实测曲线分析结果可知，受检的134根CFG桩，实测桩身波速范围值为3.00km/s～3.66km/s，平均波速3.39km/s，桩身完整(见表2)。
5.5.2 复合地基静载荷试验
根据野外试验数据资料，绘制载荷试验P-s、s-lgt曲线并编制单桩复合地基载荷试验成果表。在最大竖向抗压静载荷试验荷载作用下,受检的6组CFG桩单桩复合地基沉降位移相对稳定，单桩复合地基承载力特征值大于240kPa，累计沉降量小于30mm，满足设计要求。
6 结语
1)褥垫层保证了CFG桩与土共同承担荷载，是CFG桩形成复合地基的重要条件。
2)CFG桩施工简单，所用材料为水泥、粉煤灰、石屑、碎石，便于就地取材，是一种方便的地基处理方式。
3)CFG桩与桩间土形成复合地基，不仅能提高天然地基的承载力，而且能有效地减少地基总沉降及差异沉降。
摘要：以某科研楼为例,结合工程地质条件,阐述了CFG桩复合地基加固机理、特点、适用范围、施工方法、设计计算等。工程实例的计算分析及加固结果表明,CFG桩复合地基不仅能提高天然地基的承载力,而且能有效地减少地基总沉降及差异沉降。
关键词：CFG桩复合地基,褥垫层,沉降,地基处理
参考文献
[1]JGJ79—2002建筑地基处理技术规范[S].
[2]徐卓,翟鸣元.CFG桩复合地基的工程应用探讨[J].山西建筑,2008,34(18)::26-27.
[3]DBJ11-501-2009,J11254-2008北京地区建筑地基基础勘察设计规范[S].
[4]朱炳寅,娄宇,杨琦.建筑地基基础设计方法及实例分析[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.
CFG桩复合地基设计与施工技术 篇6
水泥粉煤灰碎石桩复合地基CFG (Cement Fly-ash Gravel pile桩复合地基是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加适量的水搅拌形成高粘结强度的桩体。CFG桩复合地基是由CFG桩、桩间土和褥垫层一起构成的刚性桩复合地基。
CFG桩是在碎石体中添加以水泥为主的胶结材料, 添加以增强混合料的和易性并有低标号水泥作用的粉煤灰, 同时还可适量添加改善级配的石屑, 从而使桩体获得胶结强度并转化为具有刚性桩特点的高粘结强度桩。它可全桩长发挥侧摩阻力。CFG桩复合地基适用于条形基础、独立基础, 筏基和箱形基础。CFG桩适用于各种挤密效果的土。挤密效果好时, 承载力的提高与挤密作用和置换作用有关;挤密效果差时, 承载力的提高只与置换作用有关。置换作用是CFG桩的重要特征。
二、CFG桩复合地基的设计要求2.1.桩长
CFG桩复合地基要求桩端尽量落在好的土层上, 这是CFG桩复合地基设计的一个重要原则。因此桩长是首先要确定的参数, 它取决于建筑物对承载力和变形的要求、土质条件和设备能力等因素, 设计时根据勘察资料分析各个土层条件, 确定桩端持力层和桩长, 然后按规范公式计算单桩承载力。
2.1桩径
CFG桩桩径一般按照所选设备能力确定, 一般取350~600mm。
2.2桩间距
一般间距为3~5倍的桩径, 间距的大小取决于设计要求的复合地基承载力、允许变形量、土的性质及施工设备能力, 设计中当桩径及置换率确定后, 可按规范公式估算布桩间距。
2.3桩体强度
桩体强度必须满足承载力对桩身强度的要求, 一般按桩体混合料试块抗压强度控制。
2.4褥垫层
褥垫层一般取150~300mm, 当桩径大或桩间距大时褥垫层厚度应取高值, 其材料可因地制宜就地取材, 可采用粗砂、中砂、级配砂石 (最大粒径不大于20mm) 等。
2.5布桩
CFG桩可只布在基础范围内对条形基础, 可采用单排、双排或多排布桩根据荷载情况分别采取且沿轴线对称或非对称布桩;对于独立基础、箱形基础、筏板基础, 基础边缘到桩中心一般为一个桩径或基础边缘最小距离宜小于150mm, 对条基不宜小于75mm;对于可液化地基可考虑在基础外定范围内设置护桩。
三、CFG桩复合地基的施工3.1 CFG桩复合地基的施工
目前, CFG桩大多采用长螺旋钻机成孔泵送CFG混合料压灌成桩施工工艺, 工艺流程如下:桩位放线→长螺旋钻机就位→下钻成孔→压灌CFG混合料→提钻成桩至设计标高→制桩完成。
3.2 CFG桩施工技术要求
1) 施工垂直度偏差不应大于1%;对满堂布桩基础, 桩位偏差不应大于0.4倍桩径;对条形基础, 桩位偏差不应大于0.25倍桩径, 对单排布桩桩位偏差不应大于60 mm。
2) 施工前应按设计要求由试验室进行配合比试验, 施工时按配合比配制混合料, 混合料坍落度宜为160~200 mm。
3) 混合料灌注量充盈系数不应小于1.0。
4) 在基坑 (槽) 开挖时, 应保留0.5 m厚的土层作为保护土层, 施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不小于0.5 m作为保护桩长。
5) 冬季施工时混合料入孔温度不得低于5℃, 对桩头和桩间土应采取保温措施。
6) 采用长螺旋钻机成桩时, 施工中存在钻孔弃土。对弃土和保护土层清运时如采用机械、人工联合清运, 应避免机械设备超挖, 并应预留至少50cm用人工清除, 不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。
7) 褥垫层材料多为粗砂、中砂或碎石, 碎石粒径宜为8~20 mm, 不宜选用卵石。褥垫层铺设宜采用静力压实法, 当基础底面下桩间土的含水量较小时, 也可采用动力夯实法, 夯填度 (夯实后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值) 不得大于0.9。对较干的砂石材料, 虚铺后可适当洒水再行碾压或夯实。
3.2质量检验和保证措施
1) 材质检验:混合料的原材料必须具有、产品合格证和材质检验报告;水泥、粉煤灰进场后随机抽样送检, 验合格后才能使用于桩基施工中。
2) 试件制作在灌注混合料的施工中, 应在搅拌地点随机取样, 由现场监人员旁站制作试件, 其数量每班不得少于1组3块。
3) 地基竣工验收时, 承载力检验应采用复合地基载荷试验。
4) 承载力检验数量为总数的0.5~1%, 但不应少于3处。单桩强度检验要求时, 数量为总数的0.5~1%, 但不应少于3根。
结语
CFG桩桩复合地基是近年发展起来的一种新型的地基处理技术, 随着施工工艺的不断改进完善, 施工技术的进一步成熟, 工程质量的保证规范和检测手段的不断健全, CFG桩在多层和高层建筑地基处理中的应用也越来越广泛, 我们相信CFG桩发展和应用的前景会越来越好。
参考文献
[1]JGJ94–94, 建筑桩基技术规范/S
在工程中CFG桩复合地基的设计 篇7
1.1 工程概况
拟建工程为河南经贸职业学院新校区(一期)1号教学楼工程,位于郑州市郑东新区龙子湖区大学城。教学楼地面以上7层,平面面积为105.5 m×22.5 m,基础埋深1.5 m,结构形式为框架结构,拟采用地基处理方案为复合地基。
1.2 地形地貌
场地地貌单元属黄河泛滥冲积平原区,地貌单一。场地现为耕地,高程相差最大2.7 m,地形基本平整。
1.3 场地地震效应
根据GB 50011-2001建筑抗震设计规范,郑州市抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.15g,设计地震分组为第一组[1]。按抗震重要性分类,本工程属丙类建筑。根据本场地波速测试资料,判定建筑场地类别为Ⅲ类。该场地的特征周期为0.45 s。由于本场地地下水位埋深1.9 m～2.6 m,依GB 50011-2001第4.3.4条,初判可能液化,需进一步判别。通过标准贯入试验取土进行粘粒含量分析,地下5 m附近处地层存在轻微液化可能。
1.4 地层结构
根据野外钻探揭示结果,场地内勘探孔揭露25.0 m深度范围内均为第四系全新统沉积地层,表层局部为填土,约7.0 m以浅(局部10.0 m)为新近堆积的粉土、粉质黏土,7.0 m～25.0 m以第四系全新统堆积粉砂、细砂为主,局部见有粉土、粉质黏土。
1.5 地下水条件
地下水环境类别为Ⅲ类。本场地勘察期间地下水位埋深1.9 m～2.6 m,据区域水文地质资料,年变幅约1.0 m,历史最高水位埋深约0.5 m。属第四系松散岩类孔隙潜水,地下水的补给主要为大气降水[2]。地下水对钢筋混凝土没有腐蚀性。
2 地基处理方案的分析与选取
2.1 天然地基方案分析
拟建1号教学楼为7层,无地下室,框架结构,筏基基底压力为147 kPa。对天然地基强度进行验算如下:拟建楼假定采用的是天然地基,基础底面埋深1.5 m,对第一层粉土经过深度、宽度修正以后承载力特征值为[3]:
其中,fa为深度修正后的地基承载力特征值;fak为地基承载力特征值;ηb,ηd分别为基础宽度和深度的修正系数,查书本中的承载力修正系数表来确定其相应的取值;b为基础底面的宽度,当基础底面的宽度小于3 m时,按3 m考虑,当大于6 m时,按6 m考虑;d为基础埋置深度,一般自室外地面标高算起。在填方整平地区,可自填土地面标高算起,但填土在上部结构施工后完成时,应从天然地面标高算起。对于地下室,如采用箱形基础或筏基时,基础埋置深度自室外地面标高算起。在其他情况下,应从室内地面标高算起;γ为基底以下土的重度,地下水位以下取水下重度;γm为基底以上土的加权平均重度,地下水位以下取水下重度。
天然地基强度明显不足。
2.2 地基处理方案的选取
天然地基强度不能满足工程的要求,就要对地基进行处理,这里采用应用广泛的复合地基方案。根据本地区的建筑施工经验,多采用CFG桩,故选用CFG桩。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称。它是由碎石、石屑或砂、粉煤灰、掺适量水泥加水拌和,用振动沉管打桩机或其他成桩机制成的高粘结强度的桩型,该桩强度高,和桩间土褥垫层一起形成复合地基,具有承载力较高和变形较小的特点[4]。
3 CFG桩复合地基的设计
由于桩端需穿过液化层和透镜体,透镜体最深深度为8.5 m,所以桩的入土深度需大于8.5 m,又考虑到成桩设备钻进深度、造价和施工难易程度等因素,桩长的有效长度应在10 m左右为宜,故确定桩的有效长度为9 m,入土深度为10.5 m,以细砂层为持力层,采用满堂布桩。桩径定为0.6 m。单桩竖向承载力为444.624 kN,桩体材料可取C15混凝土。复合地基的面积置换率采用三角形布桩距公式:
4 结语
通过前期的勘察确定了拟建工程场地的地质条件和力学参数,通过对天然地基承载力的验算,发现承载力的不足,需要进行地基处理。又由当地的工程经验和现有的技术条件最终确定采用CFG桩复合地基处理方案。通过前期的勘察数据对CFG桩复合地基进行设计,设计所要确定的参数顺序依次为:桩长,由地质和技术条件决定;桩径,由成桩设备决定;单桩竖向承载力,由计算确定;桩体材料,由单桩竖向承载力确定;复合地基的面积置换率和布桩类型,由公式得到;桩间距;复合地基承载力;最后算得复合地基的布桩数。
参考文献
[1]GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].
[2]GB 50021-2001,岩土工程勘察规范[S].
[3]GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].
CFG桩参数设计 篇8
CFG桩与桩间土以及与基础地面间的褥垫层共同组成复合地基,具有承载力高、沉降小、变形稳定快、施工方便、易于控制施工质量、工程造价低的特点。CFG桩在处理深厚、含水量大的不良软弱地基时,具有施工进度快、施工过程中稳定性好、处理效果理想、投资较小的优点,目前已成为应用最普遍的地基处理技术之一。
1 工程概况
由中铁十一局集团公司承建的温福铁路福建段连江车站,起止里程为DK275+400～DK277+550,长2 050 m,为海积平原及低丘,地下水丰富,其中DK275+400～DK277+362.5,长1 962.5 m;CFG桩加固区段长1 350 m。
2 CFG桩设计参数
DK274+800～DK275+000软土地基采用CFG桩加固,桩间距:路肩范围内1.6 m、边坡范围内1.8 m,桩长3.5 m～24.0 m,呈正方形布置,桩底嵌入硬底深度:黏土层不小于3.5 m、基岩全风化不小于黏土层不小于碎石土卵石土层不小于0.5 m。在桩基施工前于基底范围内铺设1.0 m厚碎石工作垫层,施工完成后于桩顶设置0.6 m碎石垫层,并于其间铺设单层包裹式双向土工格栅,双向土工格栅两端各回折2.0 m,设计抗拉强度不小于80 kN/m,延伸率不大于15%。
3 CFG桩施工方案
3.1 施工准备
1)清除表层杂草等使场地平整,在基底范围内垫1.0 m厚碎石工作垫层;2)施工前按设计要求由试验室进行配合比试验,施工时按配合比配制混合料。振动沉管灌注成桩施工的坍落度为6 cm～8 cm,振动沉管灌注成桩后桩顶浮浆厚度不超过20 cm;施工前进行成桩工艺试验,以检验设备、工艺、技术参数是否满足设计要求;3)材料准备。水泥:采用强度等级32.5及以上的硅酸盐水泥,水泥进场时应有出厂合格证,并有现场复验报告。粉煤灰:采用细度不大于45%的Ⅱ级或Ⅱ级以上的粉煤灰;粉煤灰进场时应有出厂合格证,并有现场复验报告。石子:采用粒径为20 mm～50 mm的坚硬碎石或卵石,含泥量不大于3%且应符合国家现行标准JGJ 53普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法的规定。石屑:采用粒径为2.5 cm～5 cm,含泥量不大于3%,质量符合设计要求。砂:采用中砂或细砂,含泥量不大于5%。外加剂:根据施工需要通过试验确定。
3.2 CFG桩施工工艺流程
CFG桩施工工艺流程见图1。
3.3 桩位放线
根据桩位平面图及现场桩位基准点,用激光测距仪坐标放点,并打孔30 cm深,灌入白灰做标记,放线后经专人检验,并派人看护。桩机进场就位,根据桩的数量划分区域,正式施工前先进行试桩,以掌握施工参数及验证单桩承载力,试桩数量不少于2根。
3.4 振动沉管
桩机就位,安装桩尖,桩尖采用C35钢筋混凝土预制,根据桩位放样,打桩机对准桩位后,缓缓下沉桩管,速度应小于2.0 m/min,打至设计标高。钻孔至设计标高确保进入硬层1 m后,停止钻进,开始混合料灌注,每根桩的投料量应不少于设计灌注量。钻杆芯管充满混合料后开始拔管,施工桩顶高程宜高出设计高程50 cm,灌注成桩完成后,桩顶盖土封顶予以保护。在灌注混合料时,对于混合料的控制采用记录泵压次数的办法,对于同一种型号的输送泵每次输送量基本上是一个固定值,根据泵压次数来计量混合料的投料量。灌注时采用静止提拔钻杆,拔管速度按匀速控制,拔管速度应控制在1.2 m/min～1.5 m/min左右,如遇淤泥或淤泥质土,拔管速度应放慢到0.8 m/min～1.0 m/min。为防止在施工中桩与桩及移机等对桩身的影响(断桩或缩径),跳桩跳排施工,各桩头离地面下50 cm(防止移机时断桩),待所有桩身施工完毕(不再移机),在桩身处按扩大头要求接桩至地面。施工完成后,桩顶铺60 cm碎石垫层,垫层内铺设一层土工格栅。双向土工格栅设计抗拉强度不小于80 kN/m。
3.5 施工要点
1)CFG桩采用振动沉管成桩机成桩,桩机号选择应根据地质条件及设计加固深度要求确定。2)桩体材料:桩体原材料采用碎石、石屑、粉煤灰、水泥配合而成,材料按C15混凝土配比。混合料28 d强度不小于15 MPa。3)为确保桩体不因土体隆起而拉断,配置4根直径10 mm、长4.0 m的少量构造配筋。4)采用水泥粉煤灰碎石桩加固地基桩直径正方形布置桩顶铺填0.4 m～0.6 m碎石垫层,垫层内铺设1层～2层双向土工格栅,设计抗拉强度不小于80 kN/m;或铺一层抗拉强度为180 kPa,厚0.1 m的土工格栅。桩长原则上必须穿透软土至硬底,嵌入深度应满足设计要求,桩间距应根据稳定和承载力计算确定。5)施工前应进行成桩工艺试验,检验设备、工艺是否适宜,确定选用的技术参数是否满足设计要求。6)施工质量检验。施工过程中,抽样做混合料试块,一般一个台班做一组(3块),试块尺寸为15 cm×15 cm×15 cm,并测定28 d抗压强度。施工结束28 d后进行单桩复合地基载荷试验,抽检率5‰,且每个单体工程不应少于3点,并采用低应变动力试验,检测桩身完整性,低应变检测数量占桩数10%。7)地基沉降观测:CFG桩加固地段路堤视地形地貌,坡脚两侧或一侧坡脚外2 m,10 m(滑弧影响范围确定)各设一排地表水平位移桩(边桩),纵向间距50 m～100 m。在路堤中心设沉降板进行沉降观测,一般地段间距100 m～500 m,在桥涵过渡段必须设置。路基中心沉降每日不得大于10 mm,边桩水平位移不超过5 mm。
4 施工注意事项
1)平整场地后铺设1.0 m的工作垫层,为防止在施工中桩与桩及移机等对桩身的影响(断桩或缩径),要求跳桩跳排施工,桥涵地段应从桥(涵)路分界向路基方向施工,减少施工对桥涵基础的影响。桩头离地面下60 cm停机(防止移机时断桩),待所有桩身施工完毕(不再移机),在桩顶处按扩大头要求接桩至地面。
2)拔管速度应均匀控制,淤泥及淤泥质土拔管速度0.8 m/min～1.0 m/min,其他地层1.2 m/min～1.5 m/min,混合料坍落度6 cm～8 cm,并采取措施防止混合料泌水离析,保证成桩均匀。在钻进过程中必须加强地质的复核工作,出现不良地质情况,在混凝土灌注过程中必须减缓提钻速度,以保证成桩质量。
3)注意观测施工对尚未硬结相邻桩体的影响。如桩顶标高,平面位置变化,应及时处理。
4)CFG桩尚未硬结前禁止大型机械进入场地,桥头路堤在准备上架桥机前,应采用轻型机车试压,以确保架桥施工的安全。
5 结语
1)通过CFG桩在连江车站实际施工中的应用情况,认为该桩在处理深厚、含水量大的不良软弱地基时,具有施工进度快、施工过程中稳定性好、处理效果理想、投资较小的优点,值得大力推广。2)通过CFG桩在该铁路上的施工经验总结,认为在一般施工时,施工成桩控制标准为路基中心沉降每日不得大于10 mm,边桩水平位移不超过5 mm。
摘要：结合温福铁路连江车站的建设,主要介绍了CFG桩在软土地基中的施工工序以及CFG桩在施工中应该注意的问题,实践证明,CFG桩在软土地基中施工速度快,形成的复合地基承载力高,地基沉降符合要求。
关键词：CFG桩,垫层,地基沉降
参考文献
[1]铁建设[2005]160号,客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准[S].
[2]TZ 212-2005,客运专线铁路路基工程施工技术指南[S].
CFG桩参数设计 篇9
【关键词】CFG桩；复合地基；施工
水泥粉煤灰碎石桩(CementFly—ashGravelPile，简称CFG桩)是针对碎石桩承载特性的一些不足，加以改进而发展起来的。由于其施工方便、承载力高以及广泛的适用性等优点而得到迅速的推广和应用，目前已成为应用较为普遍的地基处理技术。
１．基本原理
CFG桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高黏结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递，并相应减少了桩间土承担的荷载。这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。
复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层，是复合地基的一个核心技术。基础下是否设置褥垫层，对复合地基受力影响很大，若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。基础下设置褥垫层。桩间土承载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。（CFG桩复合地基示意图见图1）
由基体（天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基，能发挥CFG桩高承载力和良好的排水作用的特点。
图1 CFG桩复合地基示意图
2.工程实例
2.1工程概况
某高层住宅楼工程项目由1号、2号、3号楼、裙房及地下车库构成。1号、3号楼均为地下2层地上22层，2号楼为地下2层地上10层，基础埋深1号、3号楼为-8m，2号楼为-5m。1号～3号楼南侧为地下车库，车库基础埋深-13m，现场施工平面示意图如图2所示。
图2 现场施工平面示意图
2.2地基加固方案选择确定
地基处理方法的选择是由建筑物的基础形式、尺寸、深度、天然下卧土的物理力学性质、地下水及要求加固后的承载力提高值和变形量控制等因素决定。根据本工程基础埋深、地质情况，经对多种加固方案的经济、技术及工期对比，确定采用高强度小直径CFG桩复合地基。
2.3 CFG桩复合地基主要参数确定
根据设计单位提供的复合地基承载力要求，结合勘察单位提供的岩土工程勘察报告，本工程CFG桩复合地基主要设计参数见表l所示。
表1 CFG桩复合地基主要设计参数表
2.4施工准备
(1)基坑由其他施工单位施工，存在超挖情况，经协调回填砂性土整平压实后作为工作面施工，保证地基有足够承载力。
(2)施工技术交底：根据施工图，技术人员要进行技术交底。交底内容包括：施工方法、施工工艺、施工安全、机械使用等。
(3)编制试桩施工方案，通过成桩工艺性试验，对该地段内的地质情况进行复核，检验设备配置、施工工艺是否适宜，确定混合料配合比、坍落度、拔管速度、钻机的终孔电流值、保护桩长、钻机的有效钻杆长度等工艺参数。
2.5试桩
施工前要进行成桩试验，试验数量为7根一9根，若不能满足设计要求，应调整施工速率、填料量等施工参数，重新试验或修改施工工艺设计。
2.6土方开挖
本工程采用先挖土后打桩方案。土方采用机械开挖，开挖深度根据基底设计标高和桩顶保护土层厚度确定，本工程保护土层厚度为50cm、褥垫层厚度为20cm，开挖标高为素混凝土垫层底标高以上30cm。每侧土方开挖宽度应比基础外墙宽1．0m，以提供CFG桩作业面。
2.7施工工艺
2.7.1工艺流程
测量放线→钻机就位→钻孔至设计标高→泵送混凝土充满钻杆芯→提升钻杆边泵送混凝土→成桩→钻机移位打下一根桩→清理桩间土→桩头处理→验桩、验槽→褥垫层施工及验收→CFG桩复合地基检测验收。
2.7.2测量放线
在挖好的基坑里按照桩位平面图实地测放桩位，不同部位桩间距分别为1400mm×1300mm，1350mm×l300mm，打入地下30cm并灌入白灰，插上钢筋，便于找桩，编写测量放线记录。
2.7.3定桩位
根据工程测量放线资料和桩位布置图首先确定建筑物的控制轴线，然后进行桩的定位，施放的桩位应明显、易找、不易被破坏。本工程采用直径6mm、长20cm的木条加白灰表示桩位点。
2.7.4桩机就位
桩机就位必须平整、稳固。待桩机就位后，调整沉管与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1％。
2.7.5钻孔
钻孔前用1：1水泥砂浆润滑砼泵送管及钻杆内壁。钻头对准桩位，成桩偏差控制在规范要求范围内，并保证钻架垂直度偏差在l％以内。根据施工图纸和地质资料，制定可行的进尺、速度，不断地观察各种变化，掌握好钻进深度，注意钻杆的倾斜度，若发生斜孔时应采取相应的措施进行处理，钻机下钻的速度及钻进过程中的地质情况应做好记录，发现异常立即上报。在钻至设计桩底标高后，经监理工程师和质检员复核无误后，可进行下步工序施工。
2.7.6泵送混凝土成桩
为确保混凝土的质量，本工程CFG桩采用C20商品混凝土混凝土，其塌落度控制在18cm～20cm之间，以确保混凝土具有良好的流动性。当成孔至设计标高后，开始泵送混凝土，当钻杆芯管充满混凝土后，方可开始提钻，严禁先提管后泵料，其钻具提升速度应达到相同时间内的泵送混凝土量略大于钻具提升量，一般宜控制在2m／min～3．5m／min，以防缩径。成桩过程应连续进行，应避免后台供料不足、停机待料现象。钻具提升距孔口0．5m时，停止泵送混凝土。利用管内存留混凝土灌满桩顶后，按上述步骤及要求进行下一根桩的施工。
2.7.7清桩间土、凿桩头和褥垫层铺设
CFG桩施工完毕2天后，人工将桩身保护桩头挖出；采用小型的专用挖掘机清运弃土，挖掘机进入处理范围后禁止在打桩工作面行走，挖掘机不得一次性开挖到设计标高，预留10cm由人工进行清槽；测出桩顶标高位置，在同一水平面按同一角度对称放置2个或4个钢钎，用大锤同时击打，将桩头截断；桩头截断后，用钢钎、手锤将桩顶从四周向中间修平至桩顶设计标高(桩顶标高容许偏差0～+20mm)；褥垫层材料选用碎石，粒径8～20mm，虚铺22cm后，然后用平板振动器压密至20cm，保证夯填度不大于0．9。
2.7.8 CFG桩复合地基检测
当本工程CFG桩施工完毕后，由具有检测资质的单位对每栋楼进行了复合地基静载荷试验检测和低应变桩身质量检测。根据规范要求，每栋楼由监理随机挑选了3根桩进行复合地基静载荷试验，试验结果表明，本工程CFG桩复合地基承载力满足设计要求。每栋楼低应变检测各抽查了10％，1号楼抽查了51根桩，I类桩48根，II类桩3根；2号楼抽查了74根桩，I类桩69根，II类桩5根；3号楼抽查了5l根桩，I类桩47根，II类桩4根。三栋楼均没有发现III类、Ⅳ类桩，桩身质量满足设计要求。
2.8施工中常见问题处理
2.8.1桩体裂缝
桩体裂缝一般发生在离桩顶1m左右的位置。主要原因是：在进行凿桩头处理时，用大锤横向锤击力量太大；桩间土机械开挖过程中碰撞桩体；桩体尚未达到一定强度，机械行走挤压使桩体裂缝；桩顶混凝土密实度不够也易产生裂缝。故凿桩头时用力不可过大，采用小型机械或人工开挖桩间土，在桩体尚未达到一定强度时尽量避免桩体附近的机械行走。当桩体出现裂缝时，采用灌注水泥浆或凿除接桩处理。
2.8.2缩径或断桩
拔管速度太快或是泵送混凝土不连续时，会产生缩径或断桩；提钻速率过低，会出现高压管路堵塞甚至管路崩开等故障，造成桩身混凝土质量缺陷，甚至产生断桩。因此，要控制拔管速度(1．2m／min～1．5m／min)，每拔管1．5m～2．0m，留振20s。当出现缩径或断桩时，可采取扩径方法，如复打法、翻插法或局部翻插法，也可以进行加桩处理。
2.8.3桩身混凝土离析
混凝土坍落度较大，在泵压作用下，骨料与砂浆分离，会造成泌水、离析；混凝土泵送不连续，在饱和砂土、饱和粉土层中停泵待料时易造成混合料离析。要控制好混凝土坍落度，保证混凝土浇筑连续。当因混凝土离析造成桩身质量缺陷时，采用复打、翻插等扩径方法处理。
3.结束语
CFG桩以其自身的优势，成为近年来高层建筑中应用较为普遍的地基处理技术之一。但是，由于施工技术水平的差异，场地地基土的变化等种种因素，在施工中也发生了不少的质量事故，因此，只有严格CFG桩材料质量要求，掌握它的工艺特点，针对施工过程中易出现的各种质量问题，采取相应的技术保证措施，才能确保CFG桩成桩质量。
【参考文献】
［１］王林华.CFG桩复合地基的探讨[J].治淮，2010（11）.
［２］丁泽培，闫忠明.CFG桩复合地基的质量控制要点及常见问题处理[J].中州建设，2011（13）.
CFG桩参数设计 篇10
湖南衡阳某住宅小区为多栋小高层和多层住宅组成, 总建筑面积6多万m2, 其中6号楼工程地上10层, 地下1层, 剪力墙结构, 长度为32.4m, 宽度为15.7m, 基础埋深3.0m。场地土类型为中软场地土, 建筑场地类型为Ⅲ类, 各土层的物理力学指标见表1。
从表1可以看出有如下特点:
⑴主要基础持力层压缩模量Esl-2为6.50MPa~7.16MPa, 规范推荐公式估算地基沉降量为227mm, 超过允许值4倍之多, 所以本工程地基处理的主要目的是控制最终沉降量。
⑵粘土呈硬塑状态, 强度高, 层位稳定, 埋置深度适中, 厚度较大, 利于控制沉降, 是理想的桩端持力层。
⑶从土层的分布情况来看, 粘土以上土层无粉土层分布, 利于成孔。
该工程由于天然地基承载力和变形不能满足设计要求, 采用CFG桩复合地基进行处理, 设计要求复合地基承载力达到300k Pa, 最终沉降量小于50mm。
2 CFG桩复合地基的成桩原理与作用分析
CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称 (即cement flying-ashgravel pile) 。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩, 和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。
2.1 CFG桩工作原理
CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接, 无论桩端落在一般土层还是坚硬土层, 均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大, 在荷载作用下, 桩顶应力比桩间土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。
施工完后的CFG桩因桩体混凝土的抗压强度和弹性模量比桩间土大, 在上部基础传递过来的荷载作用下, 桩上部的应力比桩间土的表面应力大, 则桩可以将承受的荷载向下面较深的土层进行传递扩散, 相应地减少了桩间土所承受的荷载。同时, CFG桩复合地基通过褥垫与上部基础相连, 可保证桩间土始终参与共同承受的荷载, 使整个复合地基承载力提高, 地基变形减少。因桩体不需配置钢筋, 能利用本地材料及工业废料粉煤灰作为掺合料, 所以造价较低。
2.2 CFG桩复合地基对地基性状的改善作用分析
⑴桩体作用:CFG桩中的水泥经水化反应和与粉煤灰的凝硬反应, 生成了主要成分为铝酸钙水化、硅酸钙水化物及钙铝黄长石水化物等不溶于水的稳定的结晶化合物, 这些物质以纤维状结晶不断生长延伸充填到碎石和石屑的孔隙中, 相互交织形成空间网状结构, 使桩体的抗剪强度和变形模量均大大提高。
⑵挤密作用:CFG桩用于砂土、粉土时, 采用振动沉管法施工可使土挤密, 桩间土承载力有较大幅度提高。
⑶排水作用:CFG桩的饱和粉土和砂土中施工时, 由于成桩的振动作用, 会使土体内产生超孔隙水压力, 刚施工完的CFG桩是一个良好的排水通道, 孔隙水将沿着桩体向上排出, 直到CFG桩桩体结硬为止。
⑷褥垫层作用:复合地基是由级配砂石、粗砂、碎石散体材料组成的褥垫, 在复合地基中可以起到保证桩、土共同承提荷载;减少基础底面的应力集中;其厚度可以调整桩、土荷载 (竖直和水平) 分担比的作用。
⑸桩间土作用:在粉土、砂土和塑性指数较低的粘性土地基中, 采用不排土法施工时, 施工对土体的振动或挤压使摩阻力得到增加。
⑹加筋作用:CFG桩复合地基中, 桩体强度与桩间土强度相差较大, 在自然土层中的柱状体实际上构成了土层的竖向加筋, 从而大大提高了复合地基的承载力。
3 CFG复合地基的设计验算
根据上述工程地质情况, 进行如下初步设计验算:
3.1 复合地基承载力
式中,
fspk——复合地基承载力特征值 (k Pa) ;
m——面积置换率;
Ra——单桩竖向承载力特征值 (k Pa) ;
Ap——桩的截面积 (m2) ;
β——桩间土承载力折减系数, 取0.9;
fsk——桩间土承载力特值, 取210k Pa。
3.2 单桩竖向承载力特征值Ra
按下式估算:
式中,
up——桩的周长 (m) ;
n——桩长范围内所划分的土层数;
qsi、qp——桩周第层土的侧阻力、桩端端阻力特征值 (k Pa) ;
li——第层土的厚度 (m) 。
本工程设计桩径为φ400mm, 有效桩长为5.1m, 按文献[2]有关规定计算单桩竖向承载力特征值为284.3k Pa。CFG桩按正方形及长方形布桩, 桩间距采用1.4m×1.4m, 桩径φ400mm, 有效桩长5.1m, 保护桩长0.5m, 最小面积置换率为6.39%。按照公式 (1) , 代入参数值计算得出复合地基承载力特征值为304.7k Pa, 满足复合地基设计承载力特征值300k Pa的要求。CFG桩桩身采用预拌制混凝土, 强度等级为C20, 基础垫层与复合地基之间铺设厚度为250mm的碎石褥垫层。
复合土层的分层与天然地基相同, 各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ξ倍, ξ值可按下式确定:
经计算地基最终沉降量平均为20.25mm, 建筑的整体倾斜, 满足设计和建筑物的地基变形允许值的要求。
可见, 只需最小面积置换率为6.39%即可把最终沉降量控制在设计范围之内, 比常用的15%~20%要小很多, 地基处理效果非常显著。
4 CFG复合地基施工技术
该工程采用长螺旋钻管内泵压施工工艺, 该工艺具有低噪音、无振动、无泥浆污染、工效高和成桩质量稳定等优点。桩应该间隔跳开施工, 避免相邻完工的桩体受到挤压而破坏。桩施工前, 地面表层杂填应该挖除干净, 场地保证平坦, 两种桩先编号, 施工时做好各种数据记录, CFG桩桩位图如图1所示。
4.1 施工工艺流程
桩机就位→点位复核→沉管对准桩位→垂直度校正→振动沉管→测定最终孔深→混凝土制作与灌注、见证取样制作试块→提管, 桩端1m~2m反插1次~2次→移动桩机到下一桩位。
4.2 主要工序施工技术
⑴桩机就位后, 首先将桩管对准桩位并调整好垂直度。成桩桩位偏差不应大于50mm, 垂直度偏差不大于1.0%, 成桩直径不得小于设计值500mm。
⑵成管过程中, 要仔细观察沉管的下沉速度, 如出现异常情况, 及时分析原因并采取相应措施。
⑶终孔条件是桩端到达卵石面或到设计桩长, 若无异常情况, 沉管应立即灌注混凝土, 混凝土的充盈系数不小于1.0, 可分次灌注, 但管内混凝土不低于地面。混凝土现场拌制严格按施工配合比进行, 搅拌时间不少于60s, 坍落度控制在30~50mm之间, 桩身混凝土平均强度不小于15MPa。
⑷控制好拔管速度, 一般土层1.2~1.5m/min为宜, 在软弱层和软硬土交界处宜控制在0.5~1.0m/min之间。成管拔出地面后, 检查桩顶标高是否高出设计的500mm, 若低于施工桩顶标高, 应及时补打搭接1.0m以上长度桩身, 使之符合设计要求。
一台钻机每天成桩60根, 总计275根, 需5d;清桩间土, 剔桩头、褥垫层及地基检测, 需7d, 共计工期12d。CFG桩施工流程没有钢筋笼制作、清孔等环节, 比其他方案节约工期约1/3。
5 CFG复合地基加固效果分析
5.1 低应变检测
工程结束后, 抽取了总桩数的10%即29根桩做了低应变完整性检测。低应变检测反射波波形规则、波列清晰、柱底反射明显, 得出检测结果是全部为Ⅰ类桩。
5.2 复合地基载荷试验
按规范要求在场地范围内3个点进行了复合地基荷载试验抽检。单桩复合地基载荷试验载荷板采用1.4m2×1.4m2方板, 按预估值极限荷载1176k N (相应600k Pa) 分级加载。经检测, P-S曲线为近似平缓的光滑曲线, 没有达到极限荷载。3个点试验承载力特征值皆为300k Pa, 极差为0k Pa, 最终沉降量为21mm以内, 与设计值基本一致, 满足设计要求, 载荷试验曲线见图2。
该工程CFG桩复合地基的质量容易保证, 原因有二:一是桩长短 (仅为5.1m) ;二是场地无软弱土夹层, 地基土稳定, 易于成孔。
6 结语
综上所述, 地基中粘土强度高, 厚度大, 可承担CFG桩向深部传递的桩顶荷载, 降低了桩间土承担的应力, 从而提高了复合地基承载力, 减小了地基沉降量。CFG桩复合地基设计过程较简单, 且施工结果与实际情况基本相一致, 平均最终沉降量相差0.75mm。由于地基土稳定, 强度较高, 易于成孔;CFG桩施工不需要大型设备, 无噪音, 无须制备泥浆, 不污染环境;桩长短, 且无须配筋, 节约工程造价;施工工艺简单, 质量容易控制, 经济、社会、环境效益明显。
参考文献
[1]《建筑地基基础设计规范》 (GB50007-2002[S];北京, 中国建筑工业出版社, 2002。
[2]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》 (GB52020-2002[S];北京, 中国建筑工业出版社, 2002。
[3]《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-2002) [S];北京, 中国建筑工业出版社, 2002。
[4]牛志荣, 李宏, 复合地基处理及其工程实例[M].北京:中国建材工业出版社, 2000.